机电集成磁齿轮机构传动机理及参数优化

摘要

本文提出了一种机电集成磁齿轮传动机构，不仅具有传统磁齿轮无接触、无摩擦、无需润滑、清洁环保、过载保护等优点，而且集传动、驱动、控制于一体，具有传动比大，转矩密度高的优点，可以以较低的转速输出较大的转矩。
　　机电集成磁齿轮机构传动机理。基于机电集成磁齿轮机构的工作机理，采用解析法建立了该机构四层气隙中间位置处气隙磁密数学模型,同时利用麦克斯韦应力张量法推导了其静态转矩，并采用MATLAB得出了该机构气隙磁密曲线、内转子、外调磁环、外定子的静态转矩特性，得到了主要构件上的静态转矩随相对运动角度呈正弦变化规律的结论。
　　机电集成磁齿轮机构有限元仿真。基于电磁场基本理论，利用电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立了2D参数化模型，进行有限元电磁仿真计算，得出了该机构中磁场分布情况，四层气隙径向、切向磁密及其空间谐波数，内转子、外调磁环、外定子静态转矩，在验证该机构工作机理的同时分析了主要结构设计参数对内转子、外定子转矩特性和转矩密度的影响规律，得到了主要参数的设计范围。
　　机电集成磁齿轮机构的单目标多参数优化。基于非线性优化设计理论，建立了机电集成磁齿轮机构第一、第二级优化目标函数以及约束条件，利用MATLAB非线性参数优化对其进行了多参数结构优化求解，得出了各结构优化参数值。同时基于MATLAB/GUI，开发了机电集成磁齿轮机构第一级结构参数优化的GUI界面软件。
　　完成了机电集成磁齿轮机构样机的设计、加工、调试，搭建了机电集成磁齿轮转矩特性试验平台，验证了机电集成磁齿轮样机的传动机理以及性能，并对其进行结构改进。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及背景

1.2 传统磁齿轮结构设计

1.3 磁场调制型磁齿轮研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 机电集成磁齿轮机构传动机理

2.1 工作原理

2.2 机电集成磁齿轮转矩特性分析

2.3 本章小结

第3章 机电集成磁齿轮机构有限元仿真

3.1 机电集成磁齿轮机构有限元法

3.2 机电集成磁齿轮各设计参数对静态转矩特性的影响

3.3 第一级各设计参数对内转子转矩特性影响

3.4 第二级各设计参数对转矩特性的影响规律

3.5 本章小结

第4章 机电集成磁齿轮机构多参数结构优化设计

4.1 内定子外径

4.2 第一、第二级传动比

4.3 结构参数灵敏度分析

4.4 第一级结构参数优化

4.5 第二级结构参数优化

4.6 基于MATLAB/GUI的机电集成磁齿轮机构界面设计

4.7 本章小结

第5章 机电集成磁齿轮机构样机研制与试验

5.1 机电集成磁齿轮机构样机结构参数

5.2 机电集成磁齿轮机构样机

5.3 机电集成磁齿轮机构实验

5.4 静态转矩实验与分析

5.5 结构改进

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢